Convertitore Boost - Corsi di Laurea a Distanza

Elettronica di potenza
Convertitore Boost
Regolatori switching
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Convertitore Boost
Analisi modo continuo
Protezioni e disturbi
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©2003 Politecnico di Torino
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Elettronica di potenza
Convertitore Boost
Convertitore Boost
Analisi modo continuo
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Schema
La caratteristica peculiare del convertitore boost è che
la tensione d’uscita è più alta di quella d’ingresso, da
cui il nome di step-up
Il convertitore boost è il duale del buck. Considerando
il diodo un interruttore e scambiando la tensione
d’uscita con quella d’ingresso si ottiene un buck!
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Analisi CCM: considerazioni iniziali
Si trascurano le cadute di tensione su D e su S
Con S chiuso, la tensione ai capi di L vale VL=VI
Con S aperto, la corrente in L continua a scorrere
tramite D e VL cambia segno. Il verso della corrente
deve essere concorde col diodo. Quindi:
Nel convertitore boost VI<VU
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Analisi CCM: interruttore chiuso
Indichiamo con Ia la
corrente in L alla
chiusura
dell’interruttore
Con S chiuso,
iL(t) = Ia+t VI /L
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Elettronica di potenza
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Analisi CCM: interruttore chiuso
Con S chiuso,
iL(t) = Ia+t VI /L
Al termine di T1 la
corrente avrà raggiunto
il valore
Ib = Ia+T1VI /L
Ib – Ia =T1VI /L
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Analisi CCM: interruttore aperto
Con S aperto, la tensione ai capi di L è VL=-(VU –Vi )
Essendo VU costante in un periodo, la corrente IL sarà
una rampa.
Il valore finale dovrà coincidere con Ia (ipotesi di
regime)
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Analisi CCM: interruttore aperto
Con S aperto, iL(t) =
Ib+t (-VU + VI ) / L
Al termine di T2 la
corrente avrà raggiunto
il valore
Ia = Ib -T2 (VU –Vi ) / L
Ib – Ia = T2 (VU –Vi ) / L
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Analisi CCM: transcaratteristica
Eguagliando le due
espressioni di Ib – Ia si
ottiene:
T1VI /L =T2 (VU –Vi ) /L
(T1 +T2)VI = T2VU
VU =VI (T1 +T2) /T2
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Analisi CCM: transcaratteristica
Eguagliando le due
espressioni di Ib – Ia si
ottiene:
VU =VI (T1 +T2) /T2
Esprimendo T2 in
funzione del Duty-Cycle
D si ha:
T2 = TSW (1- D )
M =VU /VI = 1 / (1- D )
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Protezioni
Che cosa succede in caso di anomalie in ingresso
o uscita?
Cortocircuito in uscita: KO
Anche aprendo l’interruttore non si può separare il
carico dalla tensione d’ingresso. Non si può
limitare la corrente
Sovratensioni in ingresso: OK
L’interruttore è di tipo low-side, non è esposto alle
sovratensioni impulsive d’ingresso, che sono
filtrate dal filtro passabasso formato da L e Cu.
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Correnti d’ingresso
iS , corrente nell’inter-
ruttore, scorre solo
quando S è chiuso, ed
è la stessa di L
La corrente in Ci è
quella dell’induttore
privata del valor
medio
La corrente d’ingresso
Ii è il valor medio di IL
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Correnti d’uscita
La corrente nel diodo
scorre solo quando S è
aperto, ed è anch’essa
pari a IL
La corrente in Cu è pari
alla corrente nel diodo
privata del valor medio
La corrente Iu è pari al
valor medio della
corrente nel diodo
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Disturbi
Dall’esame delle correnti si deduce che:
Il convertitore produce bassi disturbi in ingresso
(non vi sono salti di corrente)
La corrente d’uscita invece è impulsiva, quindi un
convertitore boost inietta facilmente disturbi nei
circuiti a valle
Considerazioni analoghe portano a dire che il
condensatore d’ingresso sarà sottoposto a bassi
stress (corrente RMS bassa) mentre quello d’uscita
sarà molto più sollecitato
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Regolazione in CCM
Il progetto del sistema di controllo di un boost
CCM è problematico
M = 1 / (1- D )
Zero nel semipiano di destra nel guadagno d’anello
Il sistema è instabile a meno che alla frequenza
dello zero il guadagno sia molto basso
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Regolazione in CCM
E’ possibile controllare un boost CCM solo se la
banda del sistema di controllo è molto stretta
Questo porta a scarsa regolazione dell’uscita
Non si usa quasi mai come regolatore di tensione
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